阳泉矿区煤矸石山自燃治理技术

1、阳泉矿区煤矸石山自燃治理技术专业:采矿工程学生：艾德昊指导教师：李剑摘要煤矸石即采煤过程和洗煤过程中排出的废弃物，大量的煤矸石长期露天堆放 不加处理，不仅会引发崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害，煤矸石中含有的硫还会引发自燃，产生大量烟尘并释放出有害气体，对环境及人身安全的危害极大。虽然国外对煤矸石山自燃的治理研究开展了大量的研究工作，也取得了很好的效果，但是有些方法也属于探索阶段，且各国煤矸石的成分及物理力学特性不尽相同，地理位置差异很大，不能将国外的治理方法直接应用到我国煤矸石山的治理中。针对煤矸石山煤矸石自燃机理的研究现状，这方面的研究还没有形成比较完善的 理论研究体系，目前还处于试验积累资料

2、阶段，同时，对于煤矸石山边坡稳定性 问题尚存在诸多难题，因此，对煤矸石山自燃的预防和治理以及山体稳定性进行 研究是必要的。根据大量的研究数据和理论成果，探讨了煤矸石山自燃的机理与治理方法，结合桑树坪煤矿煤矸石山综合治理工程，对自燃治理方法及山体稳定性进行了研究。室内和现场试验表明，采用注浆灭火工艺时，在粘土中添加一定比例的石灰作为注浆灭火材料有较好的灭火效果，得到了粘土与石灰配制的浆液的浓度和控制比例，工程实践表明浆液具有良好的稳定性和流变性，为其它类似煤矸石山自燃治理工程提供了参考。为了准确评价桑树坪煤矸石山的稳定性，利用有限元分析软件 ABAQUS 对桑树坪煤矿煤矸石山的边坡进行了稳定性分

3、析，确定了山体边坡的潜在滑裂面位置及其对应的最小安全系数，为了保证边坡的稳定性，采用改变边坡几何形状并在滑裂面底部位置修建挡土墙的方法进行加固，有效的提高了山体的安全性。关键词：煤矸石；自燃；注浆灭火；治理1.矸石的危害煤炭作为一次性能源，在我国能源构成比例中占 74%左右，直接影响到国民经济的发展，但是矿产资源开发过程中形成的废弃物所引起的一系列生态问题也是环境与发展的焦点，在煤炭开采及加工过程排放出的煤矸石，是目前排放量最大的矿业固体废弃物之一。据统计，煤矸石的排量占煤炭产量的 10%30%，而 我国煤矸石每年的排量约为 1.5 亿2.0 亿 t，这给矿区及其周边的环境造成了严重的破坏。在

4、我国，煤矸石的处理方式主要是露天堆放，顺坡填沟，绝大多数排放于荒野高山之中，据统计我国国有重点煤矿现有矸石山1600 多座，并且随着煤炭工业的发展而以每年 10%的速度增加。大量的煤矸石长期露天堆放不加处理，不仅侵占了大量耕地资源，破坏生态平衡，而且矸石山经降水淋溶后浸出的有害物质还会严重污染地下水源和江河地表水，致使人畜不能饮用，更不能用于灌溉农田；煤矸石堆放形成矸石山后，在暴雨或长期降雨天气时，可以引发滑坡和泥石流等地质灾害；矸石山还会引发沙尘暴，大量粉尘飞扬、悬浮于大气中，如果人类吸入肺中，会导致各种呼吸系统疾病的发生；除此之外，煤矸石中含有的硫会引发煤矸石的自燃，自燃后不仅产生大量烟尘

5、，还会释放出大量有害气体，如二氧化硫、一氧化碳、硫化氢等，甚至还有爆炸的危险，这将严重危害人类身体健康，使植物枯萎死亡，对环境及人身安全危害极大1-6。尽管关于煤矸石的综合利用研究及矸石山稳定性分析现阶段有所进展，但是 由于我国的特殊国情，煤矸石的利用率还很低，煤矸石山的综合治理也远远不够， 因此对煤矸石山的综合治理研究是我国急需进行的重要课题。通过研究可以有效 的预防煤矸石山堆积所导致的地质灾害的发生，及时对煤矸石山进行综合治理，防止矿区环境进一步恶化，保障矿区人民的身体健康，给矿区带来巨大的社会效 益、经济效益和生态效益，对于其它同类矸石山治理工程研究也可以提供理论依 据，具有重要的理论意

6、义和实用价值。2. 煤矸石山治理的研究现状国内外目前对煤矸石山的治理研究的内容主要有以下几点：煤矸石山边坡的 稳定性研究；煤矸石山自燃的防治技术研究；针对煤矸石山自燃的灭火治理方案 研究；煤矸石山防污治理改造技术研究；煤矸石山绿化环境恢复治理研究等方面。矸石山灭火治理方法主要包括挖出火源法、水力灭火法、包裹覆盖法、覆盖 灭火法和注浆灭火法等13-18，其中灭火效果最明显的是注浆法灭火，这种方法主 要是从含硫可燃物和通风供氧这两个条件着手，并充分利用阻燃、充填浆液中的 水降低深部区域煤矸石的温度，用泥浆、石灰浆包裹含硫可燃物、充填空隙，隔 绝氧气，以达到阻断燃烧、降温、灭火的目的，使得煤矸石不再

7、具备燃烧条件。 美国、俄罗斯等工业大国对注浆灭火方法的应用较多，各国注浆灭火采用的 工艺参数也各有不同。顿巴斯矿业公司曾经将 5%的稀石灰乳用喷射器压入矸石 堆 2.5-3m 深处进行灭火。顿涅克工学院则是在注浆孔旁布置一个抽气管，在注浆 的同时，用真空泵抽出注浆孔注浆时所排出的高温水蒸气，将矸石山内部局部区域的气压降低为负值，有利于浆液的渗透19。捷克在进行煤矸石山坡面注浆时，下水平钻孔的上端位置要高于上水平钻孔的下端位置，减少了渗入山体内部的空 气。美国也曾在一座小型的煤矸石山上，先后应用了覆盖灭火法与注浆灭火法进 行灭火，采用覆盖灭火法的成功率仅达到 40%左右，效果不是很好，这种方法主

8、要用于控制煤矸石山火势，而采用粉煤灰做注浆灭火材料灭火，取得了很好的灭火效果。张成梁根据大量的试验分析，将黄土作为浆液的主要原材料，并研究出了黄 土与石灰配制浆液的合理比例。同时，针对传统的注浆方法不能大规模灌浆灭火 的缺陷，研制出了一种特殊注浆管，并申请了“自燃煤矸石山隔氧灭火注浆管” 实用新型专利。他还在传统的覆土技术基础上提出了复层结构覆土，即在 30cm 黄土压实层上面覆盖 20cm 原状土壤，既可以封闭燃烧区，还能满足种植的要求20。同时，国内外正在探索一些新的煤矸石山灭火方法，如控制燃烧法、泡沫法、 低温惰性气体法等。控制燃烧法是假设可以控制煤矸石的燃烧，将燃烧产生的烟 气进行净化

9、，释放的热量则加以利用18。这种方法虽然比较新颖，但它存在的问题也比较多，一是无论采用什么方法控制煤矸石的燃烧，都无法使其达到完全燃烧的状态；二是排放的有毒烟气需要进行二次燃烧及其它处理方法加以净化；三是处理设备需进行防腐处理，使得成本增加。泡沫法是把灌浆和泡沫灭火结合在一起，先向火区灌浆，再注入泡沫灭火剂，以此隔绝氧气与吸收热量，降低煤矸石温度，缩短灭火时间，达到灭火目的。对煤矸石山的治理可以得到良好的生态效益，有效的改善煤矸石山周围的环境，最直接的方法就是对其进行绿化，以植被绿化为主体的生态恢复方式，最大的特点就是投资少、见效快、处理量大。由于处理后的土地利用价值大大的提升， 因此还可以获

10、得长远的经济效益。随着我国煤炭产量的不断增大，矿山环境治理与恢复工程在实践中遇到问题的会越来越多，所以，对于急需相关专家和学者展 开这方面的研究。3. 煤矸石山自燃特征及影响因素3.1 自燃所需的条件 煤矸石山的自燃现象，属于一种复杂的物理化学反应过程，反应发生必须具备三个基本条件，即可燃物含量充足，氧气供应充足，蓄热条件良好并达到高于维持燃烧的温度。1.可燃物 煤矸石山中的可燃物主要是指硫化物、炭质岩、油页岩、残存煤及残余木料等，这些物质都会使煤矸石的自燃倾向性变大，极易发生低温氧化反应，导致煤矸石的自燃，它们存在的状态、含量的多少，会直接影响到煤矸石燃烧的速度、强度和规模。可燃物中的硫是引

11、发煤矸石自燃的一个重要因素，煤矸石中的硫的形态主要 包括硫铁矿、硫酸盐、单质硫和有机硫化物等四种。其中硫铁矿极易燃烧，我国煤矸石中硫铁矿含硫量占全硫量的 75%左右，它与煤共生或者伴生在煤岩裂隙中； 硫酸盐几乎不燃烧；单质硫虽然容易燃烧，但是在全硫量中的比例非常小；有机 硫化物可燃，但它常以-SH 和-S-S-等基团形式分布在煤基分子的多环结构中，存在于煤矸石的残存煤中。因此，煤矸石中的硫铁矿是导致煤矸石自燃的关键因素。硫铁矿一般分为黄铁矿、白铁矿和磁铁矿等，黄铁矿（FeS2）是煤矸石中的主要成分，黄铁矿的燃点低，约为 290；耗氧量较小；还原性较强，在低温条件下极易与空气中的氧气发生一系列的

12、氧化还原反应，并放出大量的热。尤其是在洗煤破碎过程中体积较大的黄铁矿，其自身的氧化外膜破坏后，比表面积变大，极易氧化自燃放热，使矸石山内部温度升高，当某一局部达到一定温度后，引发其他可燃物的燃烧，对于黄铁矿含量相对较大的氧化反应中，它可以加快反应速度和强度。2.氧气供应 煤矸石自燃必须要有充足的氧气供应，才能保证可燃物的低温氧化反应的顺利进行。煤矸石山内部燃烧的氧气是通过煤矸石颗粒间空隙进入的，空隙的大小 和风速决定了煤矸石自燃的强度。煤矸石的排放形式大多是自卸堆积，煤矸石沿斜坡的滚落具有一定的分选性，也称粒度偏析现象，即大颗粒的煤矸石滚落到山体底层，较细颗粒留在顶部，而中等粒度的则分布在山体

13、的中部。因此，煤矸石山底部的透气性较好，具有良好的供氧通道，而顶部气体流通和热量散失速率较低。3.蓄热条件与温度 从缓慢升温阶段到自动加速升温阶段时的温度称为煤矸石自燃的临界温度，大部分煤矸石的临界温度在 809021之间。当煤矸石中氧化反应所释放出来的 热量不能够及时的散发到煤矸石山外部时，就会使得矸石山内局部温度急剧升高， 一旦达到煤矸石的临界温度后，煤矸石的氧化反应速度会迅速提高，很快进入自 燃状态。煤矸石山的表层煤矸石氧化后，产生的热量很难蓄积下来，局部温度达不到 临界温度，煤矸石中的可燃物很难自燃。但是在表层 3m 以下深度处，即使氧化 条件较表层差，但氧化反应释放出的热量可以保存并

14、蓄积起来。氧化反应中，以 硫铁矿为主的硫化物，经微生物的催化作用，在有水和空气的条件下首先发生氧 化反应，并释放热量：4FeS2+15O2+2H2O ¾催¾化¾剂® 2Fe(SO4)3+2H2SO4（2-1）由于煤矸石的导热性较差，热量不断积聚，使得矸石山内部的温度逐渐升高， 并在煤矸石空隙中产生热对流，加剧了硫化物的氧化反应：4FeS2+12O2+6H2O=Fe2 (SO4)3+2H2(OH)3+3H2SO4+2S（2-2）当达到一定温度时，硫和硫铁矿开始氧化燃烧，矸石山内部的温度不断升高，达到一定温度时引燃煤矸石中的其他可燃物，形成自燃。煤矸石山自燃

15、的条件不仅是要达到煤矸石燃烧的临界温度，还要保证矸石山 内部温度的持续稳定。煤矸石自燃会生成大量的可燃和有毒气体，如 H2S、SO2、 CO、CH4、N2、NH3 等，这些气体有助于煤矸石的进一步燃烧，燃烧放出的热量 会在煤矸石的孔隙中形成热对流，使热量逐渐向四周及山体表层扩散，在局部燃 烧区周围形成一个预热区。预热区温度升高后，煤矸石的氧化反应加速，放热升温，使得可燃物发生自燃，预热区转变为自燃区，在其周围又会形成新的预热区，经历这样循环往复过程后，整个煤矸石山全部发生自燃。3.2 煤矸石山自燃的特殊性 煤矸石山根据其堆积形态、煤矸石颗粒等级等特点，其自燃具有以下特性：1.煤矸石山的自燃具有

16、一般大体积多孔床燃烧的特征（1）煤矸石山自燃后，会同多孔床一样，山体内存在燃烧区、燃尽区、预热区和非燃烧区，燃烧区内的温度达到最高，燃烧区不断转移和扩散，燃烧区域扩大后燃烧强度也会增强。燃烧区的维持与扩散的关键是产热速率大于或者等于散热速率。（2）煤矸石山的自燃强度、燃烧区的蔓延速度与山体的供氧机制有很大的 关系，通常情况下，山体的燃烧区总是向有新鲜空气进入的区域蔓延。对于山体深部氧气的供应，主要包括两种方式，一是分子扩散，一是空气对流，在煤矸石山自热的初始阶段以分子扩散为主，自燃后空气对流则起主要作用，随着供氧速率的增加，燃烧强度会逐渐变强。山体内部热量可以通过热传导和空气对流的形 式释放，

17、不同的散热机制具有不同的散热能力22-23。2.煤矸石山的自燃具有自身的燃烧特性（1）我国大部分矿区采用山谷自然堆积的排矸方式，这种排矸工艺形成的 煤矸石山的特点是，山体坡度较大，矸石山暴露面积极大，堆积斜坡结构非常疏 松，这就为煤矸石自燃提供了良好的供氧条件，一旦超过煤矸石自燃的临界温度，就会引起煤矸石加速自燃。同时倾倒的新煤矸石正好成为添加材料，造成煤矸石 燃烧、熄灭、再燃烧的恶性循环。所以，煤矸石山燃烧的时间很长，燃烧面积很大，分布很广。（2）煤矸石山的燃烧发展过程非常缓慢且具有一定隐蔽性。自燃初期，煤矸石燃烧的面积小，同时燃烧的强度与释放的热量也很小，处于缓慢的阴燃状态。随着燃烧范围不

18、断的扩大，燃烧所产生的热量不断的蓄积，燃烧区越来越大，局部燃烧区达到一定温度时，会将燃烧区发展到煤矸石山表面，在残煤含量较高的山体，甚至会出现明火。（3）煤矸石山的燃烧属于不完全燃烧24。煤矸石中可燃物的氧化或者放热速度是由供氧速率控制的，由于煤矸石的自燃首先是从煤矸石山的深部开始的，空气通过煤矸石间的孔隙通道进入内部的速度非常缓慢，煤矸石中的可燃物不能够得到足够的氧气，在受到氧气供应不足的条件限制时，煤矸石的燃烧属于不完 全燃烧，产生大量的有毒气体，如 H2S、SO2、CO 等，严重污染大气环境。3.煤矸石自燃后的酸度特征 煤矸石自燃后的另一个特征是酸化，煤矸石山中的酸来自于煤矸石自燃过程释

19、放出的酸性元素（硫）。煤矸石中有机硫与单质硫的含量相对较低，而且单质硫 主要是煤矸石在氧化和自燃过程中的产物，这些单质硫在高温条件下大部分会由于升华而暴露在煤矸石山的表面，因此，处于正在燃烧状态的煤矸石山表层中单质硫的含量是最高的，可以闻到强烈的酸味，这种现象在燃烧剧烈的煤矸石山表 面随处可见。3.3煤矸石山自燃治理方法及防治措施研究为加强煤矿矸石山灾害防范与治理工作，根据国家有关法律、法规的有关规定，国家煤矿安全监察局于 2005 年组织制定了煤矿矸石山灾害防范与治理工作 指导意见，该指导意见中明确规定了矸石山设计选址、矸石山日常管理、矸石山堆放方式及预防自燃、矸石山自燃防范、矸石山灭火、煤

20、矸石崩塌防范及矸石山综合利用等其它十一条意见。对于自燃矸石山的灭火工作，应遵循尽早进行的 原则。矸石山灭火工作宜采取先易后难、先下后上、由外向里的灭火策略，防止 灭火过程中发生灾害性事故39。通过对煤矸石山自燃的治理研究，可以有效的预防矸石山堆积所导致的地质和生态灾害的发生，保证了矿区的生产和安全；及时对矸石山进行综合治理，可以有效的防止矿区环境进一步恶化，改善环境的空气质量，保障矿区人民的身体健康和企业的可持续发展，会给矿区带来巨大的社会效益、经济效益和生态效益，对于其它堆积散体的稳定性分析研究也可以提供理论数据，具有相当重大的理论意义和应用价值。3.4治理煤矸石山自燃的常用方法 煤矸石山煤

21、矸石的自燃具有其自身的特殊性，它的起燃与维持燃烧、其燃烧区的蔓延等，都和其它普通的火灾有着很大的区别。在对煤矸石山进行灭火时， 不仅要结合常规灭火的一般规律，同时还要充分考虑煤矸石燃烧的特有规律，这 样才能够保证灭火工作的成功完成。当然，煤矸石山煤矸石自燃治理的最好方法 就是在其燃烧前进行科学合理的预防，这样不仅会防止因煤矸石的燃烧放出的有 毒气体危害居民的身体健康和周围的环境，还会为灭火工作节省大量的资金。目前，国内外对煤矸石山自燃的灭火治理方法尝试过很多，其中一些灭火方 法的成功率相对较高，经常被各煤矿采用，这些实用灭火方法主要包括挖出火源 冷却法、水力灭火法、覆盖与压实灭火法和打孔注浆封

22、闭法等13-18。1、挖出火源冷却法 这种方法是迄今为止最原始同时也是最有效的方法。通过经验或者现场测试确定着火区及自热区，将此区域的煤矸石挖出，浇水冷却或者使其自然冷却，再将冷却后的煤矸石回填。这种方法因其操作时比较简单且成功率也较高，所以采用的最多。但这种方法也有其局限性，它只适用于自燃初级阶段的煤矸石山，对于燃烧范围广、强度大的煤矸石山，机械设备和人员都很难接近火区，工作难度和工作量很大，且伴有一定的危险性，所以不宜采用这种方法。因此能否采用这种方法的关键是提前确定煤矸石山的自热和自燃区，在其燃烧区蔓延前就将火势控制住。2、水力灭火法 水因其廉价易得，具有良好的吸热降温的特性，使得其成为

23、灭火工程中最常用的灭火剂，世界许多煤矿在早期都会采用水来进行煤矸石山的燃烧治理，具体 方法是在煤矸石山表面制作面积适宜的田块，依次将水注入其中，待其渗透一段 时间后在表面覆土并进行碾压；另一种方法是用钻机钻孔的方法，将水用泥浆泵 注入孔内或者直接在煤矸石燃烧区表面进行喷水降温灭火。当然这种灭火方法也 有其不足之处，最明显的问题就是无法控制谁在煤矸石山内部的流动方向，在煤 矸石山内部空隙较大的地方，水会沿着空隙通道一直流淌，燃烧区或者自热区不 能有效的得到灭火和降温处理，燃烧仍然会持续下去。这种情况下，虽然可以通 过增加注水量和注水时间，或者加密注水孔的间距的方法来改善灭火效果，但是 这样做的成

24、本就会相应的增加，煤矿的供水量也很难达到要求。此外，这种方法 还有一个最大的问题，就是经过注水后的煤矸石山的空隙会增加，这就大大增加 了空气进入山体内部的机会，供氧量增加后，煤矸石的自燃倾向性会增加，这就 会使得处理后的煤矸石发生复燃。这种方法可以和其它灭火方法结合，作为辅助措施来改善灭火效果。3、覆盖与压实灭火法 在煤矸石山表面覆盖一定厚度的粘性土等阻燃物质后，进行压实，以此来隔绝空气进入煤矸石山，山体内部空气消耗完后燃烧煤矸石就会熄灭，这是国外早 起常用的防治煤矸石山自燃的方法，美国曾经广泛采用这种方法，但是成功率较 低，只能达到 40%左右。覆盖的粘性土只有在湿润状态下才会发挥很好的密封

25、性 能，如果覆盖已经燃烧的煤矸石，或覆盖层厚度很小，遇到高温燃烧的煤矸石后， 经过一段时间表土密封层很难保持湿润状态，会随着温度的升高而逐渐干燥和开 裂，达不到密封的效果。所以这种方法目前主要用于控制煤矸石山火势和污染强度。我国的一些煤矿也会采用这种方法来进行煤矸石山自燃的治理，如韩城矿务 局桑树坪煤矿、阳煤集团阳泉矿区等在进行煤矸石山灭火过程中都取得了很好的效果，成功的关键是要在覆土压实前，将煤矸石进行适当的降温处理。他们采用这种方法的同时还结合了分层碾压法，即在堆放煤矸石时，分层堆放，每层之间用不可燃物如黄土等隔离并压实，煤矸石堆表面再覆盖黄土并压实，这种方法可 以有效的预防煤矸石的自燃。

26、4、打孔注浆灭火法 打孔注浆灭火法是近几年我国使用最多的方法。这种方法主要是为了使煤矸石山煤矸石不再具备燃烧条件，从含硫可燃物和通风供氧这两个条件着手，并充 分利用阻燃、充填浆液中的水降低深部区域煤矸石的温度，用泥浆、石灰浆包裹 含硫可燃物、充填空隙，隔绝氧气，以达到阻断燃烧、降温、灭火的目的。首先， 制备灭火浆液，一般采用碱性溶液，使煤矸石燃烧释放的二氧化硫、一氧化碳和 硫化氢等酸性气体与其反应，生成硫酸钙、碳酸钙和铝硅酸盐，它们不仅能够填 充在矸石的空隙，隔绝煤矸石与外界氧气交换的通道，而且这些性能稳定的盐类 物质附着在矸石颗粒表面，包裹在矸石颗粒的表面，能降低矸石颗粒的可燃性， 同时，碱

27、性环境下的煤矸石，硫杆菌类细菌很难生长，可以降低煤矸石中黄铁矿 的氧化反应速率，抑制煤矸石的自燃；另外，浆液中的水能够充分与高温矸石接 触，降低深部煤矸石的温度。然后，在煤矸石山煤矸石燃烧区表面进行钻孔，用 泥浆泵将灭火浆液注入到煤矸石山深部，经过一定时间的渗透和扩散，在煤矸石 山内部设计深度处形成严密的密封层，达到防止煤矸石自燃的效果。同时，这种方法也存在它的缺点，即钻孔过程中的难度和危险性比较大。在进行煤矸石山斜坡着火区注浆工作是比较困难的，一些大型的煤矸石山的斜坡长度一般都在百米以上，在坡面上钻孔的难度很大，有时不得不用手持式凿岩机钻孔。在煤矸石燃烧区进行施工，首先由于燃烧后产生的高温，

28、使得施工人员的作业环境极其恶劣，其次，由于煤矸石燃烧剧烈的区域在山体深部，在钻孔注浆时，灭火浆液液化后的蒸汽会从注浆孔内喷出，甚至还会有蒸汽爆炸的危险，对施工人员的人身安全造成危害。所以，在用此法进行灭火时，一定要解决好以上的问 题，才能够得到良好的效果。3.5 治理煤矸石山自燃的新方法 由于采用传统的灭火方法对煤矸石山进行治理都存在相应的缺陷，得不到良好的灭火效果，所以，国内外的研究人员在总结了以上灭火方法的特点后，试验出了一些新的灭火方法如下：1、控制燃烧法 美国曾在对控制燃烧法的进行过工业性试验，试验中让煤矸石在受控的条件下燃烧，产生的烟气经净化后排出，而热量则加以利用。这种方法虽然比较

29、新颖， 但它存在的问题也比较多，一是煤矸石山一直处于不完全燃烧状态，无法达到完 全灭火的效果。二是排放的烟气中含有大量的二氧化硫、一氧化碳、硫化氢等有 毒有害气体，净化处理工序繁琐。三是烟气温度高，腐蚀性大，设备加强防腐处 理后成本增加，难度增大18。2、泡沫法 泡沫法是结合了灌浆和泡沫灭火两种措施，首先向火区灌浆，再注入泡沫灭火剂，泡沫是由 95%的惰性气体和 5%的水组成的中等密度灭火剂，水起到吸热 的作用，以此隔绝氧气与吸收热量，降低矸石温度，缩短灭火时间，以达到灭火 目的。美国用这种方法在多次试验中取得了成功，这种方法的降温速度可以达到 0.75/min。煤矸石山在自然环境中，关键问题

30、的如何保持煤矸石空隙中泡沫的 长期稳定性，西安科技大学曾试验过凝胶灭火法，这种方法可以长时间密封喷洒 区，但同时也存在在高温作用下，凝胶发生脱水的现象，影响灭火效果2040。3、低温惰性气体法 低温惰性气体法是将液氮或固体二氧化碳等惰性气体注入煤矸石山自燃区，这种方法可以快速降温，同时在其相变（液态、固态变为气态）过程中体积膨胀 率极高，形成冷高压波，从注入点迅速扩散到整个自燃区，将煤矸石空隙中的高温气体挤出，隔绝空气，达到灭火降温的双重效果。这种方法的另一特点是降温持续时间长，直至将燃烧煤矸石温度降到临界点以下，最低温度可达-100以下 并保持相当长一段时间。另外，降温灭火范围比注浆灭火法和

31、浇水法要大的多， 低温气体受压力和浮力作用会扩散至整个自燃区，而注浆和浇水法的灭火浆液受 到重力的作用，只会向自燃区下部渗透，很难影响到整个自燃区。虽然这种方法 的降温效果明显，但是也存在一定的问题，对于大型煤矸石山的自燃，采用此法 时会需要大量的惰性气体，材料供应和成本控制就会成为关键问题。3.6 煤矸石山自燃的防治1.防治原则 预防煤矸石山自燃是一项长期而又艰巨的任务，为了保证科学、经济、有效地预防煤矸石山的自燃，并充分考虑与当地实际情况相结合的原则，制定预防煤 矸石山自燃的措施或方案时，应遵循以下原则：（1）尽量降低煤矸石中可燃物的含量，特别是黄铁矿和煤的含量；（2）降低煤矸石的活化能，

32、可以采取阻燃剂的方法提高煤矸石自燃的临界温 度；（3）降低煤矸石山的堆积高度，使得煤矸石山高度不超过其临界高度则不会 发生自燃，可采用分层碾压的方式排矸，排矸时要尽量减小山体坡面的坡度；（4）采取隔氧措施，对煤矸石山表面进行碾压封闭，使得氧气很难进去山体 内部；（5）定期对煤矸石山表面进行温度监测，确定自燃危险区域，发现温度异常 时立即采取有效的防治措施。2.防治措施 在确定煤矸石山自燃防治措施方案时一定要遵循合理性、严密性、经济性、科学性及有效性等原则，根据当地煤矸石山的特性，制定出以预防为主，治理为 辅，科学有效的施工方案。现阶段采用比较广泛且防治效果较好的综合措施主要 有以下几种：（1）可以从源头上消除煤矸石的自燃，即在堆放煤矸石之前采取一定的措施 来预防煤矸石的自燃